新型干法水泥烧成系统增产降耗之实现路径探讨
在过去20年新型干法水泥的高速发展下，国内新型干法水泥生产线已经将近两千条。然而，由于各生产线组建时间、设计理念、技术装备、产品规模、原燃材料、管理模式、自动化水平及人员素质等不同，新型干法水泥生产线烧成系统的运行也存在较大差异。本文主要从如何提高新型干法线的产量、如何降低热耗和电耗三个方面进行深入分析，并对普遍存在的问题及解决路径进行探讨。
自2016年部分省份的水泥行业避峰停产和协同停窑以来，水泥及其熟料价格就一路飙升，开启了印钞模式。水泥行业的管理者试图从增产降耗的角度寻找突破口，不惜花重金、动大手术来提高熟料产量和降低熟料的电热耗。可以说，先进的设计和性能优良的成套设备是增产降耗、提高水泥生产率的根本和基础。
当前，国内水泥烧成系统5000t/d的生产线主要技术指标见表1。然而，同等规模的新型干法水泥生产线受不同的工艺设计理念、技术设备、燃料配比、工艺参数等影响，会形成水泥生产各项指标的巨大差异。
表1 生产线主要技术指标
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序号 |
主要生产指标 |
现状 |
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1 |
产量 （t/d） |
5800--7000 |
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2 |
系统电耗 （kw.h/t） |
49--62 |
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3 |
标煤耗 （kg/t-cl） |
97--110 |
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4 |
生产定员（人） |
100--200 |
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5 |
劳动生产率 （万吨/人.年） |
0.8--1.5 |
1
新型烧成系统提高熟料产量
当前，熟料产量低于设计产能120%（如设计产能5000t/d而实际产能在6000t/d以下）的生产线,存在的问题有：部分设备已满负荷运行，导致无法增加产量，如：高温风机和尾排风机；因设备和原材料等原因无法满足生料粉磨系统的供给；篦冷机冷却效果不足及出篦冷机熟料温度过高；入窑生料分解率不够导致回转窑热负荷过大无法提高产量；燃煤选择和煤粉制备过程质量控制原因导致窑尾温度倒挂，无法提高产量；窑炉系统烧成温度过高，回转窑主电机超电流上限无法提高产量；燃烧器性能、位置及用风量之间的匹配对产量也有较大影响。
烧成系统中的任何一个环节都有可能影响熟料产量，如原燃料性能、设备能力及匹配程度、操作参数等。各条生产线的基础条件不同，提高产量所采取的措施也不同。提高风机效率利于烧成系统三大风机提产；改造生料粉末系统利于提高生料制备系统的台时产量；改造篦冷机利于其降阻增效；提高回转窑的换热效率和煅烧速度、优化窑尾预热器和分解炉系统能大幅提高回转窑系统的熟料产量；选择性能优良的燃烧器并合理调整其位置；通过烧成系统的热工标定合理控制主要运行参数等。
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新型烧成系统降低熟料热耗
从系统热支出的角度分析，通过对5000t/d的生产线进行热工标定和计算得知（图1）：熟料的形成热仅占熟料热耗的53%左右；预热器出口废气显热占22%左右；篦冷机排除废气显热约占14%左右；烧成系统表面散热损失约占7%左右；出篦冷机的熟料显热约占4%左右。
在实际生产中，不同原燃材料、设备工艺等都可能导致熟料热耗偏高。从熟料烧成过程的热工理论计算，降低预热器出口温度30℃可以降低熟料标煤耗2.4kg/t-cl，同时提高二次风温和三次风温100℃可以降低熟料标煤耗4.0kg/t-cl，风量过剩系数由1.4降低到1.1可以降低熟料标煤耗1.3kg/t-cl，煤粉含水量每降低1%可以降低熟料标煤耗0.33kg/t-cl。
为有效降低熟料热耗，应尽可能调整烧成系统的重要控制参数，降低窑尾废气排放温度和熟料出篦冷机温度；对系统不断进行优化改造，改善烧成系统保温措施和材料，降低表面热量散失；对篦冷机进行改造，提高其热回收效率的同时降低一次风量和送煤风量、提高二次风温和三次风温；同时学习国外先进技术，寻找水泥熟料煅烧过程中合理的替代燃料。
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新型烧成系统降低熟料电耗
烧成系统电耗偏高的原因主要有以下几个方面：风机效率过低导致其占系统电耗的比重偏高；高温风机拉风过大，系统用风过剩系数过高；粗放的工艺管理使系统漏风点多、漏风系数过大；煤磨单位电耗高；三大收尘器系统和预热器系统阻力过大。
目前，较先进的烧成系统电耗指标包括：烧成工段综合电耗22kw.h/t-cl；高温风机单电耗小于6kw.h/t-cl；尾排风机单电耗小于3kw.h/t-cl；头排风机单电耗小于2kw.h/t；篦冷机冷却风机单电耗小于5kw.h/t-cl；煤粉单位电耗小于26kw.h/t。
为有效降低熟料电耗，需要对各项指标进行专项测量和标定。主要包括以下途径：降低窑尾预热器的系统阻力；提高烧成系统风机的有效功率；降低烧成系统用风的过剩系数；提高煤粉磨效率和台时产量。
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结语
为了实现熟料增产降耗新突破，就要考虑“熟料的烧成温度应该控制在多少为宜”，从而由总目标逐级派生出使烧成系统效用最大化的最佳参数。尽管当前水泥行业的工艺设备及操作水平等参差不齐，但烧成系统的重要控制参数设定的原理依据基本相同。
近几年，工艺技术人员在相对稳定的系统条件下，不断改进烧成系统的最佳参数，使得新型干法水泥烧成系统的工艺设备等都得到了质的提高。但相比国家《第二代新型干法水泥技术装备研发标准》中水泥烧成系统的目标，当前的水泥烧成系统在工艺技术和专业设备上仍需要不断优化。为实现更大程度的增产降耗，新型干法水泥烧成系统需要走的路还很长。
作者简介：刘东升，毕业于山东省建材学院材料科学和硅酸盐工程系水泥专业，拥有25年以上水泥行业的工艺、质量和技术管理实战经验，先后在国内大型水泥集团担任工艺主管和生产部长。目前在HRG合肥研究院担任水泥行业先进控制（APC）资深专家。